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用進化的力量解決化學(xué)問題——解讀2018年諾貝爾化學(xué)獎成果
2018-10-03 22:43:25 來源: 新華網(wǎng)
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  新華社斯德哥爾摩10月3日電 科普:用進化的力量解決化學(xué)問題——解讀2018年諾貝爾化學(xué)獎成果

  新華社記者 張家偉 付一鳴

  地球的生命經(jīng)過長期進化最終獲得強大的適應(yīng)力,散布于各種嚴(yán)酷環(huán)境,包括熱溫泉、深海以及沙漠等。如果能夠借助進化的力量,我們在化工、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域中遇到的難題也就迎刃而解。

  美國科學(xué)家弗朗西絲·阿諾德、喬治·史密斯以及英國科學(xué)家格雷戈里·溫特正是基于相同理念,在實驗室模擬自然進化,通過不同途徑釋放進化的力量,獲得了矚目成果,他們也因此被授予2018年諾貝爾化學(xué)獎。

  在全球發(fā)展清潔能源的過程中,成本與高效、清潔一直存在矛盾,傳統(tǒng)的方法已很難適應(yīng)發(fā)展,需要研究人員找到新方法來實現(xiàn)這一目標(biāo)。阿諾德并沒有把希望寄托在傳統(tǒng)化學(xué)方法上,而是將目光投向了酶。酶是由活細胞產(chǎn)生的、對其底物具有高度特異性和高度催化效能的蛋白質(zhì)或RNA,是一類重要的生物催化劑。

  中國教育部長江學(xué)者特聘教授、華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院院長林章凜曾在阿諾德的實驗室擔(dān)任博士后。他接受新華社記者采訪時說,阿諾德的巨大原創(chuàng)性貢獻在于,改變原先人類希望理性設(shè)計生物分子的想法,提出在實驗室中模擬自然界的自然進化,通過隨機突變、隨機雜交,再加以適當(dāng)規(guī)模的篩選或者選擇,來進化出新的生物分子。

  “這對于生物化學(xué)界來說,是一種哲學(xué)和方法學(xué)的巨大貢獻。”林章凜說。

  阿諾德在1993年完成了首個酶的定向演化實驗,首次實現(xiàn)了她的理論。經(jīng)過多年發(fā)展,阿諾德的實驗室生成的酶已經(jīng)能夠催化那些自然界中都不存在的化學(xué)反應(yīng),從而制造出全新材料。她的這些“量身定制”酶如今已是包括藥物在內(nèi)許多材料制作的重要工具,它在生產(chǎn)過程中能避免產(chǎn)生許多污染環(huán)境的副產(chǎn)物。

  與阿諾德分享今年諾貝爾化學(xué)獎的史密斯則研發(fā)了一種名為噬菌體展示的新技術(shù)。他利用了一種能感染細菌的病毒噬菌體,將外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌體外殼蛋白結(jié)構(gòu)基因的適當(dāng)位置,使外源基因隨外殼蛋白的表達而表達,同時,外源蛋白隨噬菌體的重新組裝而展示到噬菌體表面。這種技術(shù)可應(yīng)用于研究與蛋白質(zhì)相互作用的配體,以及進行蛋白質(zhì)演化等。

  溫特將史密斯的這項技術(shù)用于抗體的定向演化,以便提升它們在疾病治療方面的一些特性?;谶@種新技術(shù)開發(fā)的藥物已在2002年獲得相關(guān)批準(zhǔn),可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的治療。

  諾貝爾化學(xué)獎評選委員會成員彼得·紹姆福伊接受新華社記者采訪時說,基于史密斯和溫特研究成果開發(fā)出的全新抗體能夠有效用于人體,如今許多暢銷藥品問世都有他們的功勞。

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【糾錯】 責(zé)任編輯: 侯強
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